JP6199403B2 - 自動車用部品の溶接シームのレーザ金属溶着クラッド - Google Patents

Description

本発明は、鋼工作物相互間の溶接部に関し、特に、皮膜が鋼工作物相互間の溶接シームに被着された部品に関する。

〔関連出願の説明〕
この国際出願は、２０１２年１０月２４日に出願された米国特許仮出願第６１／７１８，１０２号（発明の名称：Laser Metal Deposition Cladding Of Weld Seams In Automotive Parts ）の権益主張出願であり、この出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

ミグ（ＭＩＧ）溶接とも呼ばれているガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）は、一般に、自動車業界において鋼工作物を互いに溶接するために用いられている。鋼工作物を接合するためのＧＭＡＷの採用に関して良く見受けられる問題は、マンガン、珪素、鉄、酸素及び他の微量合金のシリケートアイランドの生成である。かかるシリケートアイランドは、溶接シームの外面上への皮膜の被着を阻害する場合がある。例えば、塗装、リン酸塩処理及びエレクトロコーティング（電着（e-coating））により被着された皮膜は、シリケートアイランドのある溶接シームに強固にはくっつかない場合がある。

シリケートアイランドをＧＭＡＷ溶接部の溶接シームから除去する一手法は、材料研磨法を用いてシリケートアイランドを除去することである。しかしながら、この手法は、相当大きな消耗コスト及び資本を必要とする。別の手法は、化学プロセスを用いることである。しかしながら、化学プロセスも又、コスト高であり、しかも、結果として溶接シームからシリケートアイランドが十分に除去されるわけではない。

シリケートアイランドをＧＭＡＷ溶接部の溶接シームから除去する改良方法が強く要望され続けている。

本発明の一観点は、溶接シームのところで互いに接合された少なくとも２つの工作物を含む部品、例えば自動車用部品に関する。溶接シームは、ニッケル及び鉄のうちの少なくとも一方を含み、シリケートアイランドが実質的に全くないレーザ金属溶着層を有する。加うるに、この部品は、溶接シームのレーザ金属溶着層の少なくとも一部分と結合された塗装され、リン酸塩処理され又はエレクトロコーティングされて生じた皮膜を有する。レーザ金属溶着層と塗装され、リン酸塩処理され又はエレクトロコーティングされて生じた皮膜との継手又は接合部は、極めて強固である。レーザ金属溶着層を実質的に溶接シームにのみ被着させれば良いので、溶接シームと皮膜とのこの改良された結合は、極めて効果的且つ費用効果の良い仕方で達成できる。レーザ金属溶着部を備えた溶接シームの外面は又、研削又は他の平滑化プロセスが何ら施されない他の公知の溶接シームと比較して、著しく平滑であると言える。

本発明の別の観点によれば、レーザ金属溶着層は、ニッケルを含む。

本発明の更に別の観点によれば、レーザ金属溶着層は、鉄を含む、請求項１記載の部品。

本発明の更に別の観点によれば、皮膜は、塗膜である。

本発明の別の観点によれば、皮膜は、リン酸塩処理皮膜である。

本発明の更に別の観点によれば、皮膜は、エレクトロコーティング膜である。

本発明の別の観点は、部品を製作する方法である。本方法は、溶接シームのところで互いに接合された鋼製の少なくとも２つの工作物を調製するステップを含む。本方法は、レーザビームにより溶接シームの一部分とニッケル及び鉄のうちの少なくとも一方の粉末を溶融してニッケル及び鉄のうちの少なくとも一方を含む実質的にシリケートアイランドがないレーザ金属溶着層を備えた溶接シームを提供するステップで続く。本方法は、塗装プロセス、リン酸塩処理プロセス又はエレクトロコーティングプロセスにより皮膜をレーザ金属溶着層の少なくとも一部分に被着させるステップで続く。

本発明の更に別の観点は、ガス金属アーク溶接法によって少なくとも２つの工作物を互いに溶接するステップを含む。

本発明の更に別の観点によれば、粉末は、ニッケルを含む。

本発明の別の観点によれば、粉末は、鉄を含む。

本発明の更に別の観点によれば、皮膜を被着させるステップは、皮膜を塗装するステップとして更に定義される。

本発明の更に別の観点によれば、皮膜を被着させるステップは、皮膜をリン酸塩処理するステップとして更に定義される。

本発明の別の観点によれば、皮膜を被着させるステップは、皮膜をエレクトロコーティングするステップとして更に定義される。

本発明のこれらの特徴及び利点並びに他の特徴及び他の利点は、本発明が添付の図面と関連して以下の詳細な説明を読むと良好に理解されるようになるので、容易に理解されよう。

溶接シームに被着されたＬＭＤ層及びＬＭＤ層上に被着された皮膜を有する例示の自動車用部品の断面図である。 溶接シームにより互いに接合された１対の例示の工作物の断面図である。 図２の溶接シームの一部分及びニッケル及び／又は鉄粉末を溶解するＬＭＤヘッドを示す略図である。 鉄ＬＭＤ層を含む溶接シームの平面図である。 ニッケルＬＭＤ層を含む溶接シームの平面図である。 図５のニッケルＬＭＤ層の拡大図である。

図１を参照すると、本発明の一観点は、互いに溶接された鋼製の少なくとも２つの工作物２２，２４を含む部品２０、例えば自動車用部品２０に関する。部品２０は、ニッケル及び／又は鉄を含む層（以下、「ＬＭＤ層２６」という）を有し、この層は、レーザ金属溶着（ＬＭＤ）法により工作物２２，２４相互間の溶接シーム２８の外面に被着されている。この部品２０は、塗装、リン酸塩処理又はエレクトロコーティング（電着）によりＬＭＤ層２６の頂部上に被着された皮膜３０を更に有している。

ニッケル及び／又は鉄を含むＬＭＤ層２６は、ＬＭＤ法により被着されるので、かかるＬＭＤ層２６にはシリケートアイランドが実質的に全くない。これは、ＬＭＤ層２６と皮膜３０との強固な結合を可能にし、それにより皮膜３０が溶接シーム２８のところで部品２０から剥がれ落ち又は違ったやり方で分離する恐れが減少する。ＬＭＤ層２６は又、典型的な溶接シームの外面よりも滑らかであると言える。

図１の例示の実施形態では、工作物２２，２４は、突き合わせ継手の状態で互いに溶接されている。しかしながら、ＬＭＤ層２６及び皮膜３０は、例えばへり継手、角（かど）継手、Ｔ継手、重ね継手等を含む任意適当な形式の溶接継手の溶接シーム２８の外面に被着されても良い。工作物２２，２４は、鋼で作られた任意適当な自動車又は非自動車用工作物２２，２４であって良い。例えば、工作物２２，２４は、車両フレーム又はシャーシの部分品２２，２４であって良く、かかる工作物は、任意適当な厚さのものであって良い。工作物２２，２４は、任意適当な溶接法により互いに接合でき、かかる溶接法としては、例えば、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）が挙げられる。理解されるべきこととして、本明細書で用いられる「鋼」という用語の使用は、合金鋼を含むことを意味している。

本発明の別の観点によれば、図１に示されている部品、例えば自動車用部品２０の製作方法が提供される。例示の方法は、継手のところで鋼の第１の工作物２２を鋼の第２の工作物２４に溶接して第１の工作物２２と第２の工作物２４との間に溶接シーム２８を作るステップを含む。第１の工作物２２と第２の工作物２４は、例えばＧＭＡＷを含む任意適当な溶接法により互いに溶接可能であり、継手は、任意適当な形式の溶接継手であって良い。図２は、突き合わせ継手の状態で互いに溶接された例示の第１の工作物２２と第２の工作物２４を示しており、溶接シーム２８が第１の工作物２２と第２の工作物２４を接合している。

次に図３を参照すると、この方法は、レーザビーム３２により溶接シーム２８の一部分と鉄及び／又はニッケルの粉末３４とを溶融して全体として滑らかであり且つ一貫して実質的にシリケートアイランドのないＬＭＤ層２６を備えた溶接シーム２８を提供するステップで続き、このＬＭＤ層２６は、ニッケル又は鉄を含む。好ましくは、例えば二酸化炭素及び／又はアルゴンのシールドガス３６を溶融ステップ中に用いてＬＭＤ層２６の品質を損なう場合のある雰囲気ガスから当該領域を保護する。好ましくは、レーザビーム３２、粉末３４及びシールドガス３６は全て、単一のＬＭＤヘッド３８から同時に放出される。このＬＭＤヘッド３８をＬＭＤ層２６が溶接シーム２８の所望の部分に被着されるまで、溶接シーム２８に対して動かすのが良く、或いはこの逆の関係に動かしても良い。とりわけ、ＬＭＤヘッド３８によって放出されるレーザビーム３２の直径に応じて、ＬＭＤヘッド３８の２回以上のパスがＬＭＤ層２６を溶接シーム２８の外面全体に被着させるのに必要とされる場合がある。ＬＭＤヘッド３８は、多数回のパスにより溶接シーム２８に沿って長さ方向に移動しても良く、或いは、ＬＭＤヘッド３８は、ジグザグパターンをなして溶接シーム２８に沿って移動しても良く、それによりＬＭＤ層２６が溶接シーム２８の所望の場所に被着される。レーザビーム３２の出力を制御すると、ＬＭＤ層２６の厚さを調節することができる。ＬＭＤ層２６を備えた例示の溶接シーム２８が図４に示されている。溶接シーム２８の鋼及びニッケル及び／又は鉄粉末３４を溶融するためのレーザビーム３２（図３に示されている）の使用は、ＬＭＤ法に起因して生じる熱影響部を最小限に抑えることができるので有利である。

図１に戻ってこれを参照すると、この方法は、次に、皮膜３０を塗装、リン酸塩処理又はエレクトロコーティングによりＬＭＤ層２６の少なくとも一部分上を含む第１及び第２の工作物２２，２４上に被着させるステップで進行する。ニッケル及び／又は鉄を含むＬＭＤ層２６には実質的にシリケートアイランドがないので、皮膜３０とＬＭＤ層２６との結合部は極めて強固である。ＬＭＤ層２６は、溶接シーム２８にのみ被着されるので、このプロセスは、極めて効果的であり且つ費用効果の良い仕方で実施でき、即ち、ＬＭＤ層２６は、第１及び第２の工作物２２，２４の他の部分の外面に被着される必要はない。

ニッケル粉末３４が用いられる場合、この方法は、ニッケル粉末３４を追加することなく溶接シーム２８をレーザビーム３２によりあらかじめ溶融し、この溶接シームが溶接シーム２８及び粉末３４の溶融ステップ前に冷却することができるようにする追加のステップを含むのが良い。この結果、滑らかであり品質の一貫したＬＭＤ層２６が得られる。

明らかなこととして、本発明の多くの改造例及び変形例が上述の教示に照らして想到可能であり、かかる多くの改造例及び変形例は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれる状態で具体的に説明した形態以外の形態で実施できる。

Claims (14)

1. 部品であって、
   溶接シームのところで互いに接合された少なくとも２つの工作物を有し、
   前記溶接シームは、ニッケル及び鉄のうちの少なくとも一方を含むレーザ金属溶着層を有し、前記レーザ金属溶着層にはシリケートアイランドが実質的に全くなく、
   前記溶接シームの前記シリケートアイランドが実質的に全くないレーザ金属溶着層の少なくとも一部分と結合されている塗装され、リン酸塩処理され又はエレクトロコーティングされて生じた皮膜を有する、部品。
2. 前記レーザ金属溶着層は、ニッケルを含む、請求項１記載の部品。
3. 前記レーザ金属溶着層は、鉄を含む、請求項１記載の部品。
4. 前記皮膜は、塗膜である、請求項１記載の部品。
5. 前記皮膜は、リン酸塩処理皮膜である、請求項１記載の部品。
6. 前記皮膜は、エレクトロコーティング膜である、請求項１記載の部品。
7. 部品を製作する方法であって、
   溶接シームのところで互いに接合された鋼製の少なくとも２つの工作物を調製するステップと、
   レーザビームにより前記溶接シームの一部分とニッケル及び鉄のうちの少なくとも一方の粉末を溶融してニッケル及び鉄のうちの少なくとも一方を含む実質的にシリケートアイランドがないレーザ金属溶着層を備えた前記溶接シームを提供するステップと、
   塗装プロセス、リン酸塩処理プロセス又はエレクトロコーティングプロセスにより皮膜を前記レーザ金属溶着層の少なくとも一部分に被着させるステップとを含む、方法。
8. 前記少なくとも２つの工作物を互いに溶接するステップを更に含む、請求項７記載の方法。
9. 前記溶接ステップは、ガス金属アーク溶接法によって前記少なくとも２つの工作物を互いに溶接するステップとして更に定義される、請求項８記載の方法。
10. 前記皮膜を被着させる前記ステップは、前記レーザ金属溶着層の少なくとも一部分を塗装するステップとして更に定義される、請求項７記載の方法。
11. 前記皮膜を被着させる前記ステップは、前記レーザ金属溶着層の少なくとも一部分をリン酸塩処理するステップとして更に定義される、請求項７記載の方法。
12. 前記皮膜を被着させる前記ステップは、前記レーザ金属溶着層の少なくとも一部分をエレクトロコーティングするステップとして更に定義される、請求項７記載の方法。
13. 前記粉末は、ニッケルの粉末である、請求項７記載の方法。
14. 前記粉末は、鉄の粉末である、請求項７記載の方法。

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